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硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料是指在一定負(fù)荷作用下不發(fā)生明顯形變，當(dāng)負(fù)荷過大發(fā)生形變后不能恢復(fù)到初始狀態(tài)的聚氨酯泡沫塑料，具有優(yōu)良的力學(xué)性能、聲學(xué)性能、電學(xué)性能和耐化學(xué)性能。RPUF的泡孔以閉孔為主，采用CFCs為發(fā)泡劑時(shí)制品具有極低的熱導(dǎo)率，是聚苯乙烯和其他泡沫塑料及天然保溫材料都無法相比的，并可現(xiàn)場噴涂成型，是目前最理想的絕熱材料。RPUF可直接從單體原料一次加工成聚合物制品，而且可通過改變原料化學(xué)結(jié)構(gòu)、規(guī)格、品種等方式調(diào)節(jié)配方，得到各種性能和用途的終端制品，廣泛應(yīng)用于保溫行業(yè)、包裝工業(yè)、造船工業(yè)等領(lǐng)域。
在RPUF發(fā)泡體系中，催化劑是必不可少的一部分，對于調(diào)節(jié)反應(yīng)時(shí)間、發(fā)泡反應(yīng)與凝膠反應(yīng)的平衡及泡孔尺寸都起到重要作用。目前廣泛使用的催化劑主要是有機(jī)錫類和胺類，前者催化效率更高且對凝膠反應(yīng)有較強(qiáng)的催化作用，后者在水發(fā)泡體系中對發(fā)泡反應(yīng)有較強(qiáng)的催化作用。在胺類催化劑中醇胺類物質(zhì)比較特殊，因其分子中含有叔氮原子而具有催化作用，同時(shí)每個(gè)分子又含有兩個(gè)或兩個(gè)以上羥基，可與異氰酸酯反應(yīng)從而具有交聯(lián)作用。醇胺類物質(zhì)中比較有代表性的是TEA。TEA為無色黏稠液體，相對密度1．12，市售產(chǎn)品一般含少量水和二乙醇胺。本文討論了在全水發(fā)泡RPUF體系中，TEA加入量對制品各項(xiàng)性能的影響。
PU發(fā)泡過程中主要反應(yīng)為：多異氰酸酯和聚醚多元醇反應(yīng)生成聚氨基甲酸酯，此反應(yīng)為主要鏈增長反應(yīng)，又稱凝膠反應(yīng)，形成聚合物的分子主鏈；多異氰酸酯和水形成不穩(wěn)定的氨基甲酸，然后分解成胺和二氧化碳，胺基進(jìn)一步和異氰酸根反應(yīng)生成含有脲基的聚合物。此反應(yīng)可看作異氰酸酯與水生成取代脲和CO2，既是鏈增長反應(yīng)又是發(fā)泡反應(yīng)。
另外體系中還會發(fā)生形成脲基甲酸酯的反應(yīng)和縮二脲反應(yīng)，有一定的交聯(lián)作用。在PU發(fā)泡過程中，這些反應(yīng)都以較快速度同時(shí)進(jìn)行，最后形成具有高相對分子質(zhì)量和一定交聯(lián)度的PU泡沫塑料。多異氰酸酯中含有高度不飽和鍵的異氰酸根，其化學(xué)性質(zhì)非常活潑。氧和氮原子上電子云密度較大，氧原子電負(fù)性最強(qiáng)，為親核中心，吸引氫原子而成羥基；碳原子電子云密度最低，呈較強(qiáng)的正電性，為親電中心，易受到親核試劑的進(jìn)攻。原則上，只要有一定的親核或親電特性，足以使異氰酸根從共振穩(wěn)態(tài)變?yōu)楦吣苓^渡態(tài)的物質(zhì)，同時(shí)存在能促進(jìn)高能過渡態(tài)穩(wěn)定的空間化學(xué)條件，均可用作催化劑。親核催化劑以堿類為代表，親電催化劑則以金屬有機(jī)化合物為代表。叔胺催化劑的催化機(jī)理是：堿性的叔胺化合物對C+進(jìn)行親核性進(jìn)攻，形成活性過渡化合物，它很容易與活性氫化合物反應(yīng)，之后堿性催化劑從過渡化合物上脫離，繼續(xù)與另一個(gè)異氰酸酯分子形成活性過渡化合物。
發(fā)泡反應(yīng)產(chǎn)生的氣體濃度超過平衡飽和濃度后，體系中開始形成微小氣泡，即為核化過程，此過程所需時(shí)間為乳白時(shí)間。泡沫上升至體積最大的時(shí)間為上升時(shí)間。泡沫定形后變硬干燥，不再黏手時(shí)為脫黏時(shí)間。
在反應(yīng)初期胺可使體系的黏度迅速上升，同時(shí)胺對發(fā)泡反應(yīng)也有很強(qiáng)的催化作用。TEA含量小于7份時(shí)，發(fā)泡反應(yīng)強(qiáng)于凝膠反應(yīng)。隨著TEA含量的增大，催化發(fā)泡反應(yīng)能力增強(qiáng)，產(chǎn)生CO2變快，泡孔變大，同等體積制品內(nèi)氣體所占比例上升，導(dǎo)致制品密度下降。TEA含量超過7份后，一方面由于凝膠反應(yīng)的強(qiáng)度變大，另一方面由于TEA的交聯(lián)作用，反應(yīng)初期體系黏度迅速上升，泡孔形成后難以長大，孔徑變小，制品密度變大。
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